电工电子学半导体二极管课件

电子技术课程：模拟电子技术：数字电子技术：以放大电路分析为主，重在分析电路的外部特性，例如放大倍数，输入输出阻抗等以门电路和触发器为基本，重在分析组合逻辑电路和时序逻辑电路的功能学习方法：抓住电路的宏观特征第9章二极管和晶体管9.2二极管9.3稳压二极管9.4晶体管9.1半导体的导电特性半导体具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光作用时，导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。§9.1半导体的导电特性依照导电性能，可以把材料分为导体、绝缘体和半导体。导体有良好的导电能力，常见的有铜、铝等金属材料；

绝缘体基本上不能导电，常见的有玻璃、陶瓷等材料；

半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，常见的有硅(Si)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)等材料。9.1.1

本征半导体一、本征半导体的结构特点Si用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。本征半导体：完全纯净的、晶体结构的半导体。共价键：共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。束缚电子在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴复合在常温下自由电子和空穴的形成成对出现成对消失+4+4+4+4+4+4+4+4+4外电场方向空穴导电的实质是共价键中的束缚电子依次填补空穴形成电流。空穴移动方向

电子移动方向

价电子填补空穴自由电子能导电空穴能导电半导体中两种载流子:自由电子和空穴本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。9.1.2

N半导体和P型半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体。+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量五价元素磷原子+4+5多余价电子自由电子正离子N型半导体中的载流子:1、自由电子。2、空穴。多数载流子少数载流子

N型半导体结构示意图少数载流子多数载流子正离子在N型半导中,电子是多数载流子,

空穴是少数载流子。+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半导体在硅或锗的晶体中

掺入少量的三价元素,形成P型半导体

+4+4硼原子填补空位+3负离子P型半导体中的载流子是:1、自由电子。2、空穴。多数载流子少数载流子

P型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区PN结§9.1.3PN结及其单向导电性内电场阻止扩散，有利于漂移1.PN结正向偏置_PN结加正向电压、正向偏置：P区加正、N区加负电压内电场方向ERIP区N区空间电荷区变窄

内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。二、PN结的单向导电性P区N区内电场方向ER空间电荷区变宽外电场方向IR2.外加反向电压外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过PN结形成很小的反向电流多数载流子的扩散运动难于进行伏安特性PN结的单向导电性！！！一、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线外壳线触丝线基片点接触型PN结面接触型PN二极管符号：§9.2半导体二极管600400200–0.1–0.200.40.8–50–100I/mAU/V正向特性反向击穿特性硅管的伏安特性反向特性死区电压I/mAU

/V0.40.8–40–80246–0.1–0.2锗管的伏安特性正向特性反向特性0二、伏安特性导通压降:硅管0.6~0.7V导通压降:锗管0.2~0.3V3.反向峰值电流

IRM1.最大整流电流

IOM：最大正向平均电流2.

反向工作峰值电压URWM理想二极管：死区电压=0，正向压降=0RLuiuouiuott例1：二极管半波整流D3VRuiuouRuD例2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，

ui

=6sintV,E=3V,试画出

uo波形。t

t

ui

/Vuo

/V6330022–6例3：下图中，已知VA=3V，VB=0V，DA

、DB为锗管(导通压降0.3V)，求输出端Y的电位,并说明二极管的作用。解：DA优先导通，则VY=3–0.3=2.7VDA导通后,DB因反偏而截止,起隔离作用,DA起钳位作用,将Y端的电位钳制在+2.7V。DA

–12VYABDBR§9.3

稳压二极管+-稳压二极管的参数:（1）稳定电压

UZ（2）动态电阻UIIZmUZIZ曲线越陡，动态电阻愈小，电压越稳定。UZ（3）.最大稳定电流IZmax

稳压二极管是利用PN结反向击穿后具有稳压特性制作的二极管，其除了可以构成限幅电路之外，主要用于稳压电路。例：设DZ1的稳定电压为6V，DZ2的稳定电压为12V，设稳压管的正向压降为0.7V，则输出电压UO

等于（

）。(a)18V(b)6.7V(c)30V(d)12.7V二极管的单向导电性：PN结正向偏置，近似短路，有0.2～0.6的压降PN结反向偏置，处于高阻状态，类似断路稳压管的反向稳压性：小结：作业：P264-2669.2.4(a)(b)、9.2.6、9.3.3、N型硅BECN+P型硅基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高9.4.1半导体三极管的结构9.4半导体三极管1.NPN型三极管集电区集电结基区发射结发射区NN集电极C基极B发射极EPECB符号三极管的结构分类和符号集电区集电结基区发射结发射区

CBEN集电极C发射极E基极BNPPN2.PNP型三极管CEB9.4.2

三极管的电流控制作用三极管具有电流控制作用的外部条件

:（1）发射结正向偏置；（2）集电结反向偏置。对于NPN型三极管应满足:UBE

>0UBC

<

0即

VC>

VB>

VE对于PNP型三极管应满足:UEB>0UCB

<0即

VC

<VB

<

VEUBEEBRBIB

UCEECRCIC发射区向基区扩散电子IEIB电子在基区扩散与复合集电区收集电子

电子流向电源正极形成ICICNPN电源负极向发射区补充电子形成

发射极电流IE

三极管的电流控制原理EB正极拉走电子，补充被复合的空穴，形成IBVCCRCVBBRB发射结正偏扩散强E区多子（自由电子）到B区B区多子（空穴）到E区穿过发射结的电流主要是电子流形成发射极电流IEIE是由扩散运动形成的1发射区向基区扩散电子，形成发射极电流IE。2电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流IBE区电子到基区B后，有两种运动扩散IEC复合IEB同时基区中的电子被EB拉走形成IBIEB=IB时达到动态平衡形成稳定的基极电流IBIB是由复合运动形成的3集电极收集电子，形成集电极电流IC集电结反偏阻碍C区中的多子（自由电子）扩散，同时收集E区扩散过来的电子有助于少子的漂移运动，有反向饱和电流ICBO形成集电极电流IC为了反映扩散到集电区的电流ICE与基区复合电流IBE之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数为2907APNP双极性晶体管

大功率达林顿晶体管

三极管的伏安特性反映了三极管电极之间电压和电流的关系。要正确使用三极管必须了解其伏安特性。输入特性输出特性9.4.3

特性曲线9.4.3

特性曲线ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

实验线路输出回路输入回路IB

=f(UBE)UCE=常数IB=

常数IC

=f

(UCE)一、输入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0.5V二、输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。IB=

常数IC

=f

(UCE)IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IB>IC，称为饱和区。UCE=0IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,UBE<死区电压，称为截止区。发射结反偏UCE=VCC小结：三极管的三种工作状态集电结，发射结均正偏，三极管处于饱和状态集电结，发射结均反偏，三极管处于截止状态集电结正偏，发射结反偏，三极管处于放大状态9.4.4、主要参数三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：1.电流放大倍数和2.集电极最大允许功耗PCM集电极电流IC

流过三极管，所发出的焦耳热为：PC=ICUCE必定导致结温上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCM安全工作区ICM集电极最大电流U(BR)CEO集-射极反向击穿电压3.集-基极反向截止电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响大。4.集-射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很大，三极管的温度特性较差。场效应管是利用电场效应来